Des chercheurs de l’Université Johns Hopkins ont découvert avec précision comment les araignées construisent leurs toiles en utilisant la vision nocturne et l’intelligence artificielle pour suivre et enregistrer chaque mouvement des huit pattes des araignées qui travaillent dans l’obscurité.
La création d’un guide ou d’un algorithme de construction de toile permet de mieux comprendre comment des créatures dotées d’un cerveau d’une fraction de la taille de celui d’un être humain peuvent créer des structures d’une telle élégance, complexité et précision géométrique.
« J’ai commencé à m’intéresser à ce sujet alors que je faisais de l’ornithologie avec mon fils », a déclaré l’auteur principal, Andrew Gordus, biologiste comportemental au département de biologie de la Krieger School of Arts and Sciences. « Après avoir vu une toile spectaculaire, je me suis dit que si l’on allait dans un zoo et que l’on voyait un chimpanzé construire une telle toile, on se dirait que c’est un chimpanzé étonnant et impressionnant. C’est d’autant plus étonnant que le cerveau d’une araignée est minuscule et j’étais frustré que nous n’en sachions pas plus sur la façon dont ce comportement remarquable se produit. Nous avons maintenant défini la chorégraphie complète de la construction d’une toile, ce qui n’a jamais été fait pour aucune architecture animale à une résolution aussi fine. »
Les araignées qui tissent des toiles en aveugle, en utilisant uniquement le sens du toucher, fascinent les humains depuis des siècles. Toutes les araignées ne construisent pas des toiles, mais celles qui le font font partie d’un sous-ensemble d’espèces animales connues pour leurs créations architecturales, comme les oiseaux qui construisent des nids et les poissons-ballons qui créent des cercles de sable élaborés lors de l’accouplement.
La première étape pour comprendre comment les cerveaux relativement petits de ces animaux architectes soutiennent leurs projets de construction de haut niveau est de documenter et d’analyser systématiquement les comportements et les capacités motrices impliqués, ce qui n’a jamais été fait jusqu’à présent, principalement en raison des défis que représentent la capture et l’enregistrement des actions, a déclaré Gordus.
Son équipe a étudié une araignée tisseuse d’orbe, une araignée originaire de l’ouest des États-Unis qui est assez petite pour s’asseoir confortablement sur le bout d’un doigt. Pour observer les araignées pendant leur travail nocturne de construction de toile, le laboratoire a conçu une arène avec des caméras infrarouges et des lumières infrarouges. Avec cette installation, ils ont surveillé et enregistré six araignées chaque nuit pendant qu’elles construisaient des toiles. Ils ont suivi les millions d’actions individuelles des pattes à l’aide d’un logiciel de vision artificielle conçu spécifiquement pour détecter les mouvements des membres.
« Même si vous l’enregistrez sur vidéo, cela fait beaucoup de pattes à suivre, sur une longue période, chez de nombreux individus », a déclaré l’auteur principal Abel Corver, un étudiant diplômé qui étudie la fabrication de toiles et la neurophysiologie. « Nous avons donc formé un logiciel de vision artificielle pour détecter la posture de l’araignée, image par image, afin de pouvoir documenter tout ce que les pattes font pour construire une toile entière. »
Ils ont constaté que les comportements de fabrication de la toile sont très similaires d’une araignée à l’autre, à tel point que les chercheurs ont pu prédire la partie de la toile sur laquelle une araignée travaillait en observant simplement la position d’une patte.
« Même si la structure finale est un peu différente, les règles qu’elles utilisent pour construire la toile sont les mêmes », a déclaré Gordus. « Ils utilisent tous les mêmes règles, ce qui confirme que ces règles sont codées dans leur cerveau. Maintenant, nous voulons savoir comment ces règles sont codées au niveau des neurones. »
Les résultats, maintenant disponibles en ligne, devraient être publiés dans le numéro de novembre de Current Biology.
Les travaux futurs du laboratoire comprennent des expériences avec des drogues altérant l’esprit afin de déterminer quels circuits du cerveau de l’araignée sont responsables des différentes étapes de la construction de la toile.
« L’araignée est fascinante parce que nous avons là un animal dont le cerveau est construit sur les mêmes blocs de construction fondamentaux que le nôtre, et ce travail pourrait nous donner des indices sur la façon dont nous pouvons comprendre des systèmes cérébraux plus importants, y compris ceux des humains, et je pense que c’est très excitant », a déclaré Corver.
Source : Université Johns Hopkins
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